李鵬

摘 要 輕卡在怠速工況時，由于道路崎嶇、車身共振等因素，導致車窗發(fā)生較大的變形。針對此問題，本文對輕卡車身結構進行分析，并在分析的基礎上，提出拓撲優(yōu)化法，以此來達到車身輕量化的目標，希望可以促進輕卡車身的輕量化。

關鍵詞 輕卡 車身結構 優(yōu)化

中圖分類號：U463.832 文獻標識碼：A

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，除了對汽車本身質(zhì)量的要求外，人們更加重視汽車的舒適度、安全性，以及經(jīng)濟性。其中，車身的固有振動是衡量汽車安全性的主要指標，也是設計車身的重要參考因素。通常情況下，在車身輕量化設計中，為了提高汽車的舒適性、經(jīng)濟性，采用新材料或者重新設計車身結構的辦法。但是，這兩種辦法都有一定的局限性，因此尋找出一種最佳的車身輕量化辦法非常有必要。

1輕卡車身結構分析

在汽車工業(yè)中，輕卡車身結構具有很大的差異性，而且載荷的變化非常大，因此增加了建立計算模型的難度。在此基礎上，為了使計算出的模型與工程的實際問題更加接近，需要對實際結構進行簡化，使分析結果更準確。

在該輕卡車身結構中，主要的部件為車門、駕駛室前臂、地板、后圍、頂蓋等。以白車為研究對象，對車身剛度、模態(tài)進行分析。由于車門以及車身附件的影響比較微弱，因此可以忽略不計。一般情況下，該模型主要包括以下幾部分。

（1）輕卡車身前圍CAD模型。該模型結構包括風窗窗框、圍板兩個部分。其中， 風窗主要由風窗支柱、橫梁組成。圍板主要由圍板支柱、板面組成。當風窗在扭轉(zhuǎn)的工況下，需要承受一定的壓力，因此必須保證風窗結構的強度達到標準。 （2）輕卡車身地板CAD模型。在汽車行駛的過程中，地板主要起到承載駕駛員重量，以及由于振動產(chǎn)生的載荷。因此，要求地板有較高的強度以及剛度，從而保證駕駛室的舒適度。另外為了保證縱梁的抗扭剛度，必須在保證橫梁的連接。（3）輕卡車身頂蓋與后圍CAD模型。由于頂蓋、后圍的零件尺寸比較大，剛性比較差等原因，所以必須進行加筋或者折邊處理。（4）輕卡車身側(cè)圍CAD模型。側(cè)圍的部件主要為：車門邊框以及車門立柱。該模型對剛度、強度要求比較高。同時，因為側(cè)圍的結構比較復雜，因此在設計細節(jié)問題時，有必要采取簡化的措施。比如：對門鎖的設計。（5）輕卡車身整體CAD模型。以白色輕卡車身為例，該車身結構復雜，包括了輕卡車身的基本特征。其中，該車身的主要覆蓋件為：前圍與后圍，頂蓋，以及地板。

2輕卡車身的優(yōu)化方案

輕卡在開發(fā)的過程中，存在剛度小以及模態(tài)頻率低的問題，影響了汽車的整體性能。所以，必須對車身的結構進行優(yōu)化。根據(jù)實際的優(yōu)化經(jīng)驗，本文提出了拓撲優(yōu)化方案，下面具體進行闡述。

以某車型為例，對車身的彎曲工況以及扭轉(zhuǎn)工況進行分析。在分析的基礎上，根據(jù)車身變形的具體情況，計算出實際的變形量，就可以得出車身拓撲優(yōu)化的約束變量。

首先，針對彎曲工況，以300kg的荷載大小為例，在座椅安裝直線、接近側(cè)圍的地方，集中加載負荷。其次，為了解決扭曲工況問題，將大小相同、方向相反的力施加到地板前面的兩個支點上，從而加強車身的受力情況。通常情況下，力的大小為1000N。另外，需要在地板后面的支點上建立6個自由度約束。再次，對優(yōu)化方案進行測試，不斷優(yōu)化參數(shù)，使方案更加合理、完善。另外，對優(yōu)化的結果實施評價與分析，從而完成對優(yōu)化過程的有效控制。只有這樣，才能取得滿意的成果。

在拓撲優(yōu)化辦法下，取得了一定的成績。其中，扭轉(zhuǎn)工況的拓撲結果為：車身后圍與頂蓋的拓撲結構呈現(xiàn)為“人”字形，地板為“€住斃巍8猛仄私峁咕哂屑虻ァ⒑俠淼奶氐恪M保謔導食剎討瀉莧菀資迪幀A磽猓淝た齙撓嘔峁和仄誦巫匆粵講?、圆G煞較潁瓿上呱霞小A磽猓猛仄私峁褂氳鼻俺瞪淼募憂拷畈賈梅淺=詠？梢鑰闖觶諭仄擻嘔峁瓜攏鉤瞪淼母斬讓揮蟹⑸魏偽浠⑶壹跣×順瞪淼鬧柿浚傭諍艽蟪潭壬鮮迪至飼崢ǔ瞪淼那崍炕虼爍糜嘔槳岡詬慕瞪斫峁怪校哂瀉艽蟮撓攀譜饔謾？

3輕卡車身加強筋布置方案

以上結果顯示，優(yōu)化后的拓撲結構與加強筋非常相似。同時，由于車身工況、座椅安裝線，以及地板兩側(cè)的安裝線采用縱向、橫向的布置方式，單元密度比較大，所以與車身地板加強筋也比較類似。針對以上兩種工況的優(yōu)化結果，在設計結構的過程中，可以采用加強筋的布置方式來改善設計方案，達到提高車身扭轉(zhuǎn)強度的目的。

4結語

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們對輕卡車的性能要求不斷增加，特別是對車的舒適度、經(jīng)濟性，以及安全性要求越來越高。同時，輕卡車身結構存在剛度不足、以及模態(tài)頻率不高的問題，影響了汽車的整體性能。因此，本文對輕卡結果進行分析，并提出具體的拓撲優(yōu)化方案，實踐證明該方案取得了顯著的成效，促進了汽車結構性能的改善，因此值得在設計中推廣。

參考文獻

[1] 李學修.輕卡車身模態(tài)分析及其結構優(yōu)化[J].上海交通大學，2014（12）.

[2] 黃虎，劉長虹.基于試驗設計分析方法的輕卡車身結構優(yōu)化[J].合肥工業(yè)大學，2013（05）.